Hochpräzises Goniophotometersystem: Anwendung und technische Analyse bei umfassenden optischen Leistungstests von Leuchten

Abstract
In der Lichtplanung, der Leuchtenentwicklung und -forschung sowie der Qualitätskontrolle bilden die räumlichen Verteilungseigenschaften der optischen Leistung von Leuchten die Grundlage für die Bewertung von Lichteffekten, die Gewährleistung der Nutzungssicherheit und die Erreichung von Energiesparzielen. Herkömmliche photometrische Prüfgeräte stoßen bei der Erfassung des regelmäßigen Musters der Lichtstärkeverteilung von Leuchten im dreidimensionalen Raum an ihre Grenzen. Das Goniophotometer-System hingegen, mit seinen technischen Vorteilen der „hochpräzisen räumlichen Abtastung und der synchronen Berechnung mehrerer Parameter“, hat sich als Schlüsselgerät zur Lösung dieses Problems etabliert. Dieser Artikel befasst sich mit… LISUN LSG-1890B Hochpräzises Goniophotometersystem (Lichtintensitätsverteilungskurve) Das Forschungsobjekt erläutert systematisch seine technischen Prinzipien und Anwendungsszenarien bei der Prüfung von 15 Kernparametern wie Lichtstärke, Lichtstromdichte, Leuchteneffizienz und Blendungsklasse. In Kombination mit der Analyse der Hardwarearchitektur und der Verifizierung realer Messdaten unterstreicht es die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Geräts bei der Prüfung von LED-Leuchten, HID-Lampen und anderen Lichtquellen und bietet damit eine professionelle Referenz für Lösungen zur optischen Leistungsprüfung in der Beleuchtungsindustrie.

1. Einleitung
Mit der zunehmenden Verbreitung der LED-Beleuchtungstechnologie und den steigenden Anforderungen an Spezialbeleuchtungen (wie Straßen-, Tunnel- und Industriebeleuchtung) beschränkt sich die optische Leistung von Leuchten nicht mehr auf einen einzelnen Lichtstrom oder eine Beleuchtungsstärke, sondern umfasst auch die räumliche Lichtverteilung. So müssen beispielsweise Straßenleuchten einen gleichmäßigen, rechteckigen Lichtfleck auf der Fahrbahn erzeugen, und Tunnelleuchten müssen visuelle Ermüdung durch wechselnde Licht- und Dunkelheitsphasen vermeiden. All diese Anforderungen basieren auf der präzisen Messung der dreidimensionalen Lichtverteilung von Leuchten. Als speziell für die Messung der räumlichen Lichtverteilung von Lichtquellen entwickeltes Gerät kann das Goniophotometer-System durch das Zusammenspiel von mechanischer Struktur und optischer Detektion eine Lichtverteilungskurve erzeugen, die die Lichtabstrahlungseigenschaften von Leuchten widerspiegelt. Anhand dieser Kurve lassen sich wichtige Parameter wie der regionale Lichtstrom, der Nutzungsgrad und die Blendungsklasse berechnen. Dies liefert wichtige Daten für die Planung von Beleuchtungssystemen und die Optimierung der Leuchtenleistung.

Hochpräzises Drehleuchten-Goniophotometer 

Das LSG-1890B Hochpräzises Goniophotometersystem, entwickelt von LISUN Es verwendet eine kombinierte Konfiguration aus einem Konstanttemperaturdetektor, einem japanischen Mitsubishi-Servomotor und einem deutschen Decoder mit einer Winkelgenauigkeit von 0.1°, die die Anforderungen internationaler Normen wie z. B. erfüllt. CIE-70 und LM-79-19Es eignet sich zum Testen großer Leuchten mit einem Durchmesser von bis zu 2000 mm und einem Gewicht von 60 kg. Diese Arbeit analysiert umfassend den technischen Wert und den industriellen Anwendungswert dieses Goniophotometersystems aus vier Perspektiven: technische Architektur des Geräts, Prüfprinzipien der Kernparameter, typische Anwendungsszenarien und Leistungsnachweis.

2. Technische Architektur und Testprinzipien LISUN LSG-1890B Goniophotometer-System
2.1 Kernhardwarearchitektur
Die hochpräzise Testfähigkeit des LISUN LSG-1890B Das Goniophotometersystem basiert auf seinem modularen Hardware-Design, das im Wesentlichen aus vier Kernsystemen besteht:
Mechanisches Übertragungssystem: Angetrieben von einem japanischen Mitsubishi-Servomotor und ausgestattet mit einem hochpräzisen deutschen Decoder, ermöglicht es die exakte Steuerung des Leuchtendrehwinkels. Sowohl der γ-Winkel (Drehung in der Vertikalen) als auch der C-Winkel (Drehung in der Horizontalen) lassen sich um ±180° (bzw. 0–360°) mit einer Winkelgenauigkeit von 0.1° einstellen. Dies gewährleistet einen gleichmäßigen Schrittabstand und Positionsstabilität beim räumlichen Scannen und verhindert, dass mechanische Fehler die Ergebnisse der Lichtstärkemessung verfälschen.

Optisches Detektionssystem: Ausgestattet mit einem photometrischen Detektor der CIE-Klasse A mit konstanter Temperatur (ein hochpräziser Detektor der Klasse L ist optional erhältlich). Je nach Testanforderungen kann das System mit UV-Detektoren (UVA: 320–400 nm, UVB: 275–320 nm, UVC: 200–275 nm) oder Detektoren für sichtbares Licht (VIS: 380–780 nm) ausgestattet werden. Die konstante Temperatur reduziert effektiv den Einfluss von Umgebungstemperaturschwankungen auf die Detektorempfindlichkeit und gewährleistet so eine stabile Messwertwiedergabe auch bei Langzeittests (z. B. dauert die vollständige Abtastung großer Leuchten 1–2 Stunden).

Datenerfassungs- und -verarbeitungssystem: Das System wird über eine RS485/USB-Schnittstelle mit einem Computer verbunden und ist mit der zugehörigen Software (Chinesisch und Englisch) kompatibel (Windows 7 bis Windows 11). Es erfasst Lichtstärkedaten in Echtzeit und berechnet automatisch Parameter wie den regionalen Lichtstrom und die Leuchteneffizienz. Die Software verfügt über einen integrierten Datenkalibrierungsalgorithmus, der Systemfehler anhand des Kalibrierwerts einer Standardlampe (z. B. einer SLS-150W-Standardlampe) korrigiert und so die Messgenauigkeit verbessert.

Vorrichtung und Anpassungssystem: Ausgestattet mit einer multifunktionalen Prüfvorrichtung unterstützt das System Doppelarm-B-β-Prüfungen (geeignet für symmetrische Leuchten) und Einzelarm-C-γ-Prüfungen (geeignet für asymmetrische Leuchten). Es kann Leuchten mit einem maximalen Durchmesser von 2000 mm und einem Gewicht von 60 kg fixieren und erfüllt damit die Prüfanforderungen für große Leuchten wie Straßen-, Tunnel- und Industrielampen.

2.2 Prüfprinzipien der Kernparameter
Kern des Goniophotometersystems ist die Erzeugung einer Lichtstärkeverteilungskurve durch „vollflächiges Lichtstärke-Scannen“ und die anschließende Ableitung von 15 Kernparametern auf Basis dieser Kurve und relevanter Standardalgorithmen. Die spezifischen Prinzipien sind wie folgt:
Lichtstärkedaten und Lichtstärkeverteilung: Die Lichtstärke (Einheit: cd) ist die Lichtstärke einer Leuchte in einer bestimmten Richtung. LSG-1890B Die Leuchte wird so gesteuert, dass sie sich in einem festen Schritt (z. B. 1° pro Schritt) im C-γ-Koordinatensystem dreht. Der photometrische Detektor erfasst punktweise die Lichtstärkewerte in verschiedenen Richtungen und erstellt daraus eine dreidimensionale Lichtstärkeverteilungsmatrix. Anschließend wird eine Lichtstärkeverteilungskurve in Polarkoordinaten oder kartesischen Koordinaten (wie beispielsweise die „Fledermausflügel“-förmige Lichtstärkeverteilungskurve von Straßenlaternen) generiert.

Regionaler Lichtstrom und Leuchteneffizienz: Der regionale Lichtstrom ist der gesamte Lichtstrom einer Leuchte in einem bestimmten Raumbereich (Einheit: lm). Er wird durch Integration der Lichtstärkeverteilung innerhalb des entsprechenden Raumwinkels berechnet. Die Leuchteneffizienz ist das Verhältnis von regionalem Lichtstrom zur Eingangsleistung der Leuchte (Einheit: lm/W) und gibt an, wie effizient die Leuchte elektrische Energie in Lichtenergie umwandelt. LSG-1890B kann die Eingangsleistung der Leuchte synchron (mit einem externen Leistungsmesser) erfassen und den Wirkungsgrad automatisch berechnen.

Blendungsbewertung (UGR) und Leuchtdichtegrenzkurve: Die Blendungsbewertung erfolgt nach der Norm CIE 117. Durch die Analyse der Lichtstärkeverteilung der Leuchte im Betrachtungswinkelbereich des Betrachters wird der Grad der durch das Licht verursachten Augenbeeinträchtigung ermittelt (je kleiner der UGR-Wert, desto geringer die Blendung; im Allgemeinen ist für Innenbeleuchtung ein UGR-Wert ≤ 19 erforderlich). Die Leuchtdichtegrenzkurve markiert die maximale Lichtstärke, bei der keine Blendung auftritt, und dient als Grundlage für die Auslegung von Montagehöhe und Leuchtenabstand.

Iso-Beleuchtungsstärkekurve und maximal zulässiges Abstand-Höhen-Verhältnis: Die Iso-Beleuchtungsstärkekurve ist ein anschauliches Diagramm, das die Lichtstärkeverteilung in die Bodenbeleuchtungsstärkeverteilung umrechnet (z. B. ist die „gleichmäßige Ausleuchtung der Fahrbahn durch Iso-Beleuchtungsstärkelinien“ eine zentrale Anforderung an die Straßenbeleuchtung). Das maximal zulässige Abstand-Höhen-Verhältnis (S/H) ist das Verhältnis des Leuchtenabstands (S) zur Montagehöhe (H) und wird durch das Verhältnis der Randbeleuchtungsstärke zur zentralen Beleuchtungsstärke der Iso-Beleuchtungsstärkekurve bestimmt (z. B. benötigen Straßenlampen üblicherweise ein S/H ≤ 3.5, um die Gleichmäßigkeit der Fahrbahnbeleuchtung zu gewährleisten).

EEI (Energieeffizienzindex): Der EEI ist ein internationaler Indikator zur Messung der Energieeffizienz von Leuchten. Er wird auf Grundlage des Lichtstroms, der Eingangsleistung und der Lichtstärkeverteilung der Leuchte gemäß den Anforderungen der Norm (EU) 2019/2015 berechnet. LSG-1890B kann direkt den EEI-Wert ausgeben, der zur Bestimmung verwendet wird, ob die Leuchte den EU-Energieeffizienzvorschriften entspricht.

3. Kernparameter-Testfunktionen und Anwendungsszenarien LISUN LSG-1890B Goniophotometer-System
3.1 Umfassende Parameterprüfung und Detektorauswahl
Das LISUN LSG-1890B Das Goniophotometersystem ermöglicht die synchrone Prüfung von 15 Kernparametern und unterstützt die Auswahl verschiedener Detektortypen, um den Prüfanforderungen von sichtbarem Licht und UV-Lichtquellen gerecht zu werden. Die folgende Tabelle zeigt den Prüfbereich der Parameter und das Schema zur Detektorauswahl dieses Geräts:

3.2 Analyse typischer Anwendungsszenarien
Forschung und Entwicklung sowie Zertifizierungsprüfung von LED-Straßenleuchten
Straßenbeleuchtung muss die Anforderungen an „gleichmäßige Lichtstärkeverteilung, geringe Blendung und hohe Energieeffizienz“ erfüllen. Folgende Tests können mit Hilfe der LSG-1890B Goniophotometersystem:
Prüfung der Lichtstärkeverteilung: Es wird eine „Fledermausflügel“-Lichtstärkeverteilungskurve für Straßenlaternen erzeugt, um eine gleichmäßige Verteilung der Lichtstärke in horizontaler Richtung der Straße (C-Winkel 0°~180°) zu gewährleisten und eine unzureichende Beleuchtungsstärke am Straßenrand zu vermeiden.

Prüfung der Iso-Beleuchtungsstärkekurve: Simulieren Sie das Szenario, in dem die Leuchteninstallationshöhe 3.5 m und der Abstand 10 m beträgt. Geben Sie die Iso-Beleuchtungsstärkekurve der Straßenoberfläche aus und überprüfen Sie, ob die zentrale Beleuchtungsstärke ≥20 lx und die Gleichmäßigkeit ≥0.4 beträgt (gemäß der Norm GB/T 24907-2020).

EEI-Prüfung: Der EEI-Wert der Leuchte wird berechnet, um sicherzustellen, dass er ≤ 0.7 beträgt (gemäß den EU-ERP-Energieeffizienzrichtlinien). Ein Hersteller von Straßenleuchten optimierte mithilfe dieses Geräts die Lichtstromverteilung, steigerte die Leuchteneffizienz von 75 lm/W auf 92 lm/W und erhielt die EU-CE-Zertifizierung.

Lichtverteilungsprüfung der UV-Desinfektionslampe
Die bakterizide Wirkung von UV-Desinfektionslampen hängt von der räumlichen Verteilung der UV-Lichtintensität ab (z. B. müssen UVC-Lampen eine Lichtintensität von ≥ 20 μW/cm² in einem Abstand von 1 m gewährleisten). Nach der Installation der LSG-1890B mit einem PHOTO-UVC-A Mit dem Detektor können folgende Tests durchgeführt werden:

Prüfung der UVC-Lichtintensitätsverteilung: Scannen Sie die UVC-Lichtintensitätswerte bei einem C-Winkel von 0° bis 360° und einem γ-Winkel von -90° bis 90°, um eine dreidimensionale Lichtintensitätsverteilungskarte zu erstellen;

Berechnung des regionalen Strahlungsflusses: Berechnen Sie den UVC-Strahlungsfluss der Desinfektionslampe im Bereich von 1 m × 1 m, um die Desinfektionsabdeckung zu bewerten. Ein Medizintechnikunternehmen testete UV-Desinfektionslampen mit diesem Gerät und stellte fest, dass die UVC-Lichtintensität bei einem Einfallswinkel γ von 30° abnahm. Durch rechtzeitige Anpassung der Anordnung der Lampenperlen konnte die Desinfektionsabdeckung um 20 % erhöht werden.

Blendungsprüfung von Leuchten für die gewerbliche Innenbeleuchtung
Für die Beleuchtung von Gewerbegebäuden (z. B. Einkaufszentren und Bürogebäuden) gelten strenge Anforderungen an die Blendung (UGR ≤ 16). Nach der Installation der LSG-1890B Mit einem hochpräzisen Detektor der Klasse L lassen sich folgende Dinge realisieren:
• Blendungsbewertung (UGR): Simulieren Sie die Sitzhaltung des Betrachters (Sichtlinienhöhe 1.2 m), berechnen Sie die Lichtstärke der Leuchte innerhalb des Betrachtungswinkelbereichs des Betrachters und ermitteln Sie den UGR-Wert;
• Prüfung der Leuchtdichtegrenzkurve: Markieren Sie die Leuchtdichtegrenzlinie entsprechend „UGR=16“ auf der Leuchtdichteverteilungskurve, um die Gestaltung der Leuchtenabdeckung zu optimieren (z. B. durch Anbringen einer Mattierung zur Reduzierung der Leuchtdichte bei hohen Abstrahlwinkeln). Ein Beleuchtungshersteller konnte den UGR-Wert von Kronleuchtern für den gewerblichen Bereich durch diese Prüfung von 22 auf 15 senken und so den Sehkomfort verbessern.

4. Leistungsüberprüfung und Standardkonformität von LISUN LSG-1890B Goniophotometer-System
4.1 Daten zur Genauigkeitsüberprüfung
Um die Testgenauigkeit der LSG-1890B Für die Tests wurde ein Goniophotometersystem mit einer „SLS-150W-Standardlampe“ (kalibriert vom Nationalen Metrologieinstitut, mit einem Standardlichtstärkewert von 1000 cd bei C=0°, γ=0°) ausgewählt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

Aus den Daten geht hervor, dass die gemessene Abweichung jedes Parameters unterhalb der Standardanforderung liegt, was beweist, dass die LSG-1890B Das Goniophotometersystem verfügt über stabile und hochpräzise Testmöglichkeiten.

4.2 Standardkonformität
Das LISUN LSG-1890B Das Goniophotometer-System entspricht strikt den internationalen und nationalen Normen, um die Universalität und Anerkennung der Testergebnisse zu gewährleisten:
• Prüfung der Lichtstärkeverteilung: Entspricht den Anforderungen CIE-70 „Messung der absoluten Lichtstärkeverteilung“ und LM-79-19 „Photometrische und elektrische Messungen von Festkörperbeleuchtungsprodukten“;
• Photometrische Prüfung von Leuchten: Entspricht IES-LM-75 „Goniophotometrische Prüfung von Leuchten“ und EN13032-1 Abschnitt 6.1.1.3 „Lampen und Beleuchtung – Messung und Darstellung photometrischer Daten von Lampen und Leuchten – Teil 1: Messung und Dokumentformat“;
• Prüfung der Energieeffizienz: Entspricht der (EU) 2019/2020 „EU-Leuchten-Energieeffizienzverordnung“ und GB 19573-2021 „Mindestzulässige Werte für die Energieeffizienz und Energieeffizienzklassen für Hochdruck-Natriumdampflampen“;
• UV-Prüfung: Entspricht den Prüfanforderungen für den UV-Strahlungsfluss gemäß GB/T 19258-2012 „Ultraviolette keimtötende Lampen“.

5. Schlussfolgerungen 
Das LISUN LSG-1890B Hochpräzises Goniophotometersystem Das System ermöglicht die Prüfung von 15 optischen Kernleistungsparametern von Leuchten durch eine technische Lösung aus hochpräziser mechanischer Übertragung, optischer Konstanttemperaturmessung und Integration mehrerer Algorithmen. Es behebt die Schwächen herkömmlicher Geräte wie unvollständige Parameterprüfung, große mechanische Fehler und geringe Anpassungsfähigkeit und bietet der Beleuchtungsindustrie umfassende Unterstützung im gesamten Prüfprozess – von Forschung und Entwicklung über die Produktion bis hin zur Zertifizierung. Der Einsatz in Bereichen wie Straßenbeleuchtung, UV-Desinfektionslampen und gewerblichen Beleuchtungskörpern verbessert nicht nur die Leistung und Zuverlässigkeit der Leuchten, sondern liefert auch präzise photometrische Daten für die Lichtplanung.